毕业设计110 ∕35∕10kV降压变电站电气一次系统设计毕...

毕 业 设 计 (论文 ) 系 别 电力工程 系 专业班级 学生姓名 指导教师 二一 年六月 题 目 110/35/10压 变电 站 一次系统设计 本科毕业设计（论文） I 110压变电站一次系统设计 摘要 城市供电系统的核心部分是变电站。因此，设计和建造一个安全、经济的变电站，是极为重要的。 110电所设计以生产实际为依据，以变电所的最佳运行状态为基础，系统的阐明了 110电所设计的基本方法和步骤，经过多方面的校验，是满足实际生产需要的一套最优设计方案。 本变电站设计除了注重变电站设计的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要内容包括：变电站主接线方案的选择，进出线的选择；变电站主变压器台数、容量和型式的确定；短路点的确定与短路电流的计 算，电气设备的选择（断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器，避雷器）；配 电装置设计和总平面布置；防雷保护与接地系统的设计。另外，绘制了 七 张图纸，包括：电气主接线图，电气总平面布置图，防雷接地图， 110线断面图， 110桥 断面图 ， 35线断面图 ， 10内配电图 等 。图纸规格与布图规范都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制。 关键词 ： 变电站；电气主接线；电气设备；设计 本科毕业设计（论文） F 10he of is It is to 1. on to to 10kV is a of to of to of of of of of in of of of In of of 10kV 5kV 0kV so of of is on of to 科毕业设计（论文） 目 录 摘要 . I . 绪论 . 1 题背景 . 1 电站设计发展概况 . 1 文主要研究内容 . 1 2 电气主接线设计 . 2 接线的设计原则 . 2 接线设计的 基本要求 . 3 接线可靠性的要求 . 3 接线灵活性的要求 . 3 接线经济性的要求 . 3 气主接线的选择和比较 . 3 接线方案的拟订 . 3 接线各方案的讨论比较 . 6 接线方案的初选择 . 8 3 主变压器的选择与论证 . 9 变压器容量的确定 . 9 变压器台数的确定 . 9 变压器型式的确定 . 10 变压器的计算与选择 . 10 量计算 . 10 压器型号的选择 . 10 4 短路电流的计算 . 11 络的等值变换与简化 . 11 路点的选择与各短路点的短路电流的计算 . 11 5 重要的电气设备选择 . 14 路器的选择 . 14 路器选择原则与技术条件 . 14 路器型号的选择及校验 . 15 离开关的选择 . 16 离开关的选择原则及技术条件 . 16 离开关型号的选择及校验 . 17 6 方案 的技术经济比较 . 18 本科毕业设计（论文） 案的总投资比较 . 18 案的综合投资比较 . 18 案的年运行费比较 . 18 终方案的确定 . 20 7 其它电气设备的选择 . 21 流互感器的选择 . 21 压互感器的选择 . 24 10. 24 5. 24 0择 . 25 雷器的选择 . 25 10. 25 10. 25 5 避雷器的选择及校验 . 26 0. 26 雷器型号一览表 . 27 线与导线的选择与校验 . 27 10. 27 10. 28 5. 28 5. 29 5. 29 0. 30 0. 30 0. 31 0. 31 压熔断器的选择 . 32 功补偿与补偿装置的选择 . 32 容器的选择 . 32 流电器的选择 . 33 8 配电装置的选择 . 34 电装置的选择要求与分类 . 34 电装置设计选择 . 35 9 防雷保护设计 . 36 雷针的作用 . 36 本科毕业设计（论文） 雷针的设计 . 36 支避雷针的保护范围及计算公式 . 36 所避雷针的设计过程 . 36 10 接地网的设计 . 39 计说明 . 39 地体的设计 . 39 型接地体的接地电阻计算 . 39 地网设计计算 . 40 结论 . 42 参考文献 . 43 致谢 . 44 本科毕业设计（论文） 1 1 绪论 题背景 目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不断的更新换代。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继 出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。本毕业设计的内容为 110端变电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，根 据 变电所设计的基本原理设计， 要 求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计 过 程。 电站设计发展概况 变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求 。 同时用于变电站的监视、控制、保护， 包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。建国以来，我国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一 步 提高，电网自动化就显得极为重要 。 近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化 供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的需要，更是电力系统自动化 基础 。 文主要研究内容 本变电所设计除了注重变电所设计的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要内容包括：变电所主变压器台数、容量和型式的确定；变电所主接线方案的选择；短路点的确定与短路电流的计算，电气设备的选择； 初选方案的经济比较；配电装置设计和总平面布置；防雷保护与接地系统的设计。另外，绘制了 七 张图纸，包括：电气主接线图，电气总平面布置图，防雷接地图， 110线断面图， 110桥 断面图，35线断面图 ， 10内配电图 。图纸规格与布图规范都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制。 由于在设计中查阅了大量的相关资料，所以开始逐步掌握了查阅，运用资料的能力，又可以总结 四 年来所学的电力工业的部分相关知识，为 我 日后的工作打下了坚实的基础 。 本科毕业设计（论文） 2 2 电气主接线设计 接线的设计原则 2 电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟订有较 大影响。因此必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响，通过技术经济比较，合理确定主接线。在选择电气主接线时，应以下各点作为设计依据：变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性等多项基本要求 。 （ 1） 运行的可靠性。 断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 （ 2）具有一定的灵活性。 主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修 时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最 短、影响范围最小，并且 在检修时可以保证检修人员的安全。 （ 3）操作应尽可能简单、方便。 主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。 （ 4）经济上合理。 主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽 可能 地发挥经济效益。 （ 5） 应具有扩建的可能性。 由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。 对于 6 220压配电装置的接线，一般分两类：一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。应视电压等级和出线回数，酌情选用。 旁路母线的设置原则： （ 1）采用分段单母线或双母线的 110电装置 ，当断路器不允许停电检修时，一般需设置旁路母线。因为 110路输送距离长、功率大，一旦停电影响范围大，且断路器检修时间较长（平均每年 5 7 天），故设置旁路母线为宜。当有旁路母线时，应首先采用以分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。 （ 2） 35电装置中，一般不设旁路母线，因重要用户多系双回路供电，且断路器检修时间短，平均每年 2 3 天。如线路断路器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。 （ 3） 10电装置，可不设旁路母线。对于出线回路数多或多数线路系向用户单独供电，以及不允许停电的单母线、分 段单母线的配电装置，可设置旁路母线。 对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器少或不本科毕业设计（论文） 3 用断路器的接线。当出线为 2 回时，一般采用桥形接线。 接线设计的基本要求 变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位，变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。 接线可靠性的要求 可靠性的工作是以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的 可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。评价主接线可靠性的标志是： （ 1）断路器检修时是否影响停电； （ 2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否对重要用户的供电； （ 3）变电站全部停电的可能性。 接线灵活性的要求 主接线的灵活性有以下几个方面的要求： （ 1）调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下 、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 （ 2）检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。 （ 3）扩建要求。 在扩建时，无论一次和二次设备改造量最少。 接线经济性的要求 在满足技术要求的前提下，做到经济合理。 （ 1） 投资省：主接线简单，以节约断路器、隔离开关等设备的投资； （ 2） 占地面积小：为配电装置布置创造条件，节约用地 、导线、绝缘子及安装费用。 （ 3）电能损耗少：经济选择 变压器型式、容量和台数，避免两次变压 增加电能损失。 气主接线的 选择和比较 接线方案的拟订 110压侧是 2 回出线，可选择线路变压器组 接线 ，单母分段带旁路母线 接线 ，桥型接线 ，双母接线，单母线分段接线等。 35压侧有 6 回出线， 10压侧有 12 回出线，均可以采用单母线 接线， 单母分段 接线， 单母分段带旁路 接线 和双母线接线。 本科毕业设计（论文） 4 在比较各种接线的优缺点和适用范围后，提出如下 五 种方案： 方案 A （图 3 高压侧：内桥接线；中压侧，低压侧：双母线 接线。 图 3案 A 主接线图 方案 B（图 3 高压侧：单母分段接线； 中压侧， 低压侧： 双 母线 接线。 图 3方案 B 主接线图 方案 C（图 3 高压侧 ， 中压侧 ： 单母线分段带旁路母线 接线； 低压侧：单母 线 接 线 。 本科毕业设计（论文） 5 图 3案 C 主接线图 方案 D（图 3 高压侧： 内桥 接线 ；中压侧 ， 低压侧： 单母线分段带旁路母线接线。 图 3案 D 主接线图 方案 E（图 3 高压侧： 内桥 接线 ；中压侧 ， 低压侧： 单母线分段接线。 图 3案 E 主接线图 接线各方案的讨论比较 1 变压器 线路单元接线 （ 1）优点：接线最简单，设备最少，不需高压配电装置。 （ 2）缺点：线路故障或 检修时，变压器要停运；变压器故障或检修时，线路要停运。 （ 3）适用范围：只有一台变压器和一回线路时；当发电厂内不设高压配电装置、直接将电能送至系统枢纽变电所时。 2桥形接线 当两个变压器 线路单元接线相互连接时，可接成桥形接线。连接桥断路器装于靠近主变压器侧，称内桥接线；连接桥断路器装于靠近出线侧，称外桥形接线。 (1)内 桥形接线： a）优点：高压断路器数量少，四个元件只需三台断路器。 b）缺点：变压器的切除和投入较复杂，需操作两台断路器并影响一回线路暂时停运；连接桥断路器检修时，两个回路需解列运 行；出现断路器检修时，线路要在此期间停运。 本科毕业设计（论文） 6 c）适用范围：适用容量较小的变电所，变压器不常切换或线路较长、故障率较高 情况。 （ 2） 外桥形接线： a）优点：同内桥形接线。 b）缺点：线路的切除和投入较复杂，需操作两台断路器，并有台变压器暂时停运；连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行；变压器侧断路器检修时，变压器需在此期间停运。 c）适用范围：适用于容量较小的发电厂、变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短、故障较少的情况。当线路有线路穿越功率时，也宜采用外桥形接线。 3 3形接线 为减少因断路器检修而 开环运行的时间，保证角形接线运行可靠性，以采用 3形为宜，并且变压器与出线回路宜对角对称布置。 （ 1） 优点： a） 投资省，平均每回路只需装设一台断路器。 b） 没有汇流母线，在接线的任一段上发生故障，只需切除一段与其相连接的元件，对系统运行的影响较小。 c） 接线成闭合环形，在闭环运行时，可靠性、灵活性较高。 d） 每回路由两台断路器供电，任一台断路器检修，不需中断供电，也不需旁路设施。隔离开关只作为检修时隔离之用，以减少误操作的可能性。 e） 占地面积小。多角形接线占地面积是普通中型双母线带旁路母线接线的 40%，对地形狭窄地区和地下洞内布置较合适。 (2) 缺点： a） 任何一台断路器检修都成开环运行，因而降低了接线的可靠性。 b）每个进出线都连接着两台断路器，每台断路器又连着两个回路，从而是继电保护和控制回路接线复杂。 （ 3）适用范围：适用于能一次建成的、最终进出线为 3的 110以上电压的配电装置，不宜用于有再扩建可能的发电厂、变电所中。 4单母线接线 （ 1）优点：接线简单清晰、设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。 （ 2）缺点：不够灵活可靠，母线或隔离开关故障或检修，均需使整个配电装置停电 。 （ 3）适用范围： a） 35电装置的出现回路数不超过 3 回时； b） 110电装置的出线回路数不超过 2 回时。 5单母线分段接线 （ 1）优点： a）用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同端引出两个回路，有两个电源供电； b）当一段母线发生故障时，分段断路器能自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 （ 2）缺点： a）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都在检修期间内停电； b）当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越； c）扩建时需向两个方向均 衡扩建。 （ 3）适用范围： a） 35电装置出线回路数为 4时； b） 110电装置出线回路数为 3时。 6双母线接线 本科毕业设计（论文） 7 由于母线保护要求，一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定连接方式运行。 （ 1）优点： a）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可 轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，可只停该回路； b）调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式和潮流变化的需要； c）扩建方便，向双母线的左右任何一个方向扩建均不影响两组母线的电源和负荷的均匀分配，不会引起原有回路的停电，当有双回架空线路时 ，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，也不会产生出线的交叉跨越； d）运行中便于安排设备进行调试。 （ 2）缺点： a）每一回路都要增加一组母线隔离开关，故该接线使用隔离开关多； b）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。 （ 3）适用范围： a） 35电装置当出现回路数超过 8 回时，或连接的电源较多、负荷较大时； b） 110电装置出线回路数 为 5 回及以上时，或当 110电装置在系统中居重要地位、出线回路数为 4 回以上时。 7 双母线分段接线 当 220出线回路数甚多、双母线需要分段时，分段原则是： （ 1）当进出线回路数为 10时，在一组母线上用断路器分段。 （ 2）当进出线回路数为 15 回及以上时，两组母线均用断路器分段。 （ 3）为了限制某种运行方式下 220线短路电流或系统解列运行的要求，可根据需要将母线分段。 （ 4）在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器。 8增设旁路母线 为保证采用单母线分段或双母线的 配电装置在进出线断路器检修时不中断对用户的供电，可增设旁路母线。 旁路母线有三种接线方式，即设有专用旁路断路器、 母联断路器兼作旁路断路器、分段断路器兼作旁路断路器。 接线方案的初选择 通过分析原始资料 ,可以知道该变电站在系统中的地位较重要 （供给工农业生产及城乡生活用电） ,年运行小时数较高 （ 5800 小时 /年以上） ,因此主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性 。高压 110有两回出线（架空线），不必考虑扩建和穿越功率，所以高压侧可采用内桥接线；再根据以上各方案的初步经济与技术性综合比较， 兼顾可靠 性，灵活性 ,我选择方案 D 与方案 E，待选择完电气设备 及潮流计算 后再进行更详尽的技术经济比较来确定最终方案 。 本科毕业设计（论文） 8 本科毕业设计（论文） 9 3 主变压器的选择与论证 在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，成为主变压器。 在各级电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定 变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济效益。 变压器容量的确定 3 （ 1）主变容量 一般按变电站建成后 5的规划负荷选择，并适当考虑到远期 10于城郊变电站，主变压器应与城市规划相结合。 （ 2）根据 变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变停运时，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性质变电站，当一台主变停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的 70% （ 3） 同级电压的单台降压变压器通量的级别不宜太 多，应从全网出发，推行系列化、全网化 。 （ 4） 变压器最大负荷按下式确定： 0 P 式中0K 负荷同时系数； P 按负荷等级统计的综合用电负荷。 对于两台变压器的变电站，其变压器的容量可以按下式计算： S 此，当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为 40%，则可保证 84%的负荷供电。 变压器 台 数的确定 （ 1）对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设 2 台为宜。 （ 2）对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设 3主变压器的可能性。 （ 3）对于规划只装设两台变压器的变电站，应结合远景负荷的发展，研究其变压器基础是否需要大于变压器容量的要求设计，以便符合发展时，有调换更大容量的变压器的可能性。 本科毕业设计（论文） 10 变压器 型式的确定 （ 1） 当不受运输条件限制时，在电压为 330以下的发电厂和变电站中 主变一般采用三相变压器。具有三个电压等级的变电站， 一般采用三绕组变压器。 （ 2）当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。 （ 43）我国 110以上变压器绕组都采用 Y 连接； 35采用 Y 连接，其中 性点多通过消弧线圈接地。 35下电压，变压器绕组都采用 连接。 变压器的计算与选择 量计算 在 发电厂电气部分 可知：装有两台及以上主变压器的变电所中，当断开一 台主变时，其余主变压器的容量 在记及过负荷能力允许时间内， 应能保证用户的一级和二级负荷 的供电；对一般性质变电 站，当一台主变压器停运时， 其 余 主变压器容量应满足全部负荷 的 70% 已知 35最大负荷 为 38最小负荷 为 20 ； 10最大负荷为 18最小负荷为 12 ； S 变电站最大负荷 ) =(38 8 论：选择两台 50变压器并列运行。 压器型号的选择 因为本次设计中有三个电压等级， 为降压变电站。 且当变压器最小负荷侧通过的容量大于主变容量的 15%时，宜选用三绕组 降压 变压器。 因为： 25/30/5/15%， 所以本设计用三绕组 变压器，绕组排列顺序为（由内向外）： 10 35 110 综上所述： 主变压器选用三相三线圈有载调压、节能型降压变压器。 型 号： 容 量： 50000压比： 110 / 11接线方式、组别： 阻抗电压 百分比：高 高 8% 中 空载损耗： 空载电流： 负载 损耗： 高 50 容量比 ： 100 / 100 / 100 调压方式： 有载调压 冷却方式：强迫油循环风冷 本科毕业设计（论文） 11 4 短路电流的计算 络的等值变换与简化 4 方案 D 与方案 E 的短路计算的系统化简阻抗图及各阻抗值，短路点均一样。 1）系统阻抗图（图 4 图 4统阻抗图 首先应用星 将每台变压器的阻抗化简， 其转化图如图 4 4统阻抗转化图 路点的选择与各短 路点的短路电流的计算 选 d1,d2,短路点进行计算。 已知，由 0015准电流： 统短路容量为000以 系统短路电抗 S d*1 =S d/3000/100=30 X d*1=1/S d*1 =路电抗 X L*1=1 2 L S b U 科毕业设计（论文） 12 =1 2 40 100 1152=电抗 X d* =由所选的变压器参数阻抗电压： (高 ， 18% (高 ， 中 得 1 / 2U(1 +U(1 - U(2=11% 1 / 2U(1 +U(2 - U(1= 1 / 2U(1 +U(2 - U(1= 7% 主变容量为 50 标幺值： *1X = (N)= 2X = (N)= 3X= /100(N)=化后的阻抗图如图 4 图 4统阻抗简化图 （ 1）当 短路时： = 1 / = 1/13/ 3 115） =I I= I 2 I （ 110以上网络 S= 3 = 3 115 中， 计算电抗； 短路电流周期分量标幺值 ； I d 起始次暂态电流 ； I t=时的稳态电流 ； 短路电流冲击值 ； S 短路容量 。 （ 2）当 路时： 本科毕业设计（论文） 13 0 . 1 0 80 . 1 0 8 0 . 0 6 8 7 1 . 5 1 3（ =I 1/ 1/b/ 3 00/( 3 37)= I I I= I 2 I 3 = （ 3）当 短路时： 0 . 1 0 8 + 0 . 0